信号处理频域分析
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信号处理频域分析
频域分析子模板
信号处理频域分析
一、 FFT变换
•FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负 频率的信息。通过只使用一半FFT输出采样点 可转换成单边FFT。FFT的采样点之间的频率 间隔是fs/N，这里fs是采样频率。 •Analyze库中有两个可以进行FFT的VI，分别 是Real FFT VI和Complex FFT VI 。
数坐标系转换到极坐标系。此例将FFT输出分解为实部和虚
部的幅（值幅值和相位），相位信号的处理单频域位分析是弧度，这里只需显示FFT
频率间隔与采样频率和采样点数有关，它们之间的 关系可表示为：
f fs N
(2) 把该VI保存为LabVIEW\lianxi中的 FFT_2sided.vi。 •(3) 选 择 频 率 （ Hz ） =5 ， 采 样 率 =100 ， 样 本 数 =100。执行该VI，注意这时的时域图和频谱图。因 为采样率=样本数=100，所以时域图中的正弦波的 周期数与选择的频率相等，即可以显示5个周期。 （如果把频率改成10，那么就会显示10个周期）。
• 在LabVIEW中，频谱分析、功率谱分析、频率响应函数分析和 相关函数分析的参数设置中都需要选择窗函数，而且这些VI中 提供了丰富的窗函数类型以供选择。在选用和测试VI时，其参 数设置非常简单。
信号处理频域分析
LabVIEW中的窗函数原型VI
Window信s子号处模理板频域分析
• [例] 从频率接近的信号中分离出幅值不同的信号。 • 本例取自LabVIEW自带程序，路径为： • Examples\Analysis\Windxmpl.lib\Window Comparison.vi 。
信号的频域分析
信号处理频域分析
• 傅里叶变换是信号处理和数据处理中的一个重要 的分析工具，其意义在于将时域与频域信号联系 起来。
• LabVIEW高级分析程序库中的频域分析子模板提供 了丰富的时域和频域转换函数，包括傅里叶变换、 Hilbert变换、Hartley变换、功率谱分析、谐波 分析等。频域分析子模板位于All Functions模板 下Analyze→Signal Processing→Frequency Domain子模板。
信号处理频域分析
双边Leabharlann BaiduFFT
•(4) 检查频谱图可以看到有两个波峰，一个位于10Hz，另一个 位于90Hz，90Hz处的波峰实际上是10Hz处的波峰的负值。因为 图形同时显示了正负频率，所以被称为双边FFT。 •(5) 先后令频率=10、20（Hz），执行该VI。注意每种情况下频 谱图中波峰位置的移动。观察频率等于10和20时的时域波形。 注意哪种情况下的波形显示更好，并解释原因。 •(6) 因为fs =100Hz，所有只能采样频率低于50Hz的信号（奈奎 斯特频率＝fs/2）。把频率修改为48Hz，可以看到频谱图的波 峰位于±48Hz。
该程序的目的是从频率相近的信号中分离出幅值不同的信号。
从频率相近的信号中信分号处离理出频幅域分值析不同的信号
三、 频谱分析
在许多应用场合，需要计算信号的频谱，Advanced Analysis程序库有许多这方面的功能模块程序。下面的例子讲 述使用Amplitude and Phase Spectrum VI子程序来测量两个频 率分量。 [计算一个信号的频谱分量。
信号处理频域分析
计算信号频谱分信量号的处理前频面域板分析设置和框图程序
• 参数设置见前面板，输入信号混合了两个正弦波，一个信 号为2Hz，幅值为1，初始相位为0；另一个信号为10Hz， 幅值为2，初始相位为90。两个信号的采样频率都为100Hz， 采样点为200个。
算输入数据的FFT，将时域信号转换为频域信号。输入为实
数数组，输出为复数数组。
•
Array Size 函数（All Functions→Array模板）：用于根据
采样点数N对FFT输出的结果进行处理。将FFT输出除以N，
可获得正确的频率幅度信息。
•
Complex
to
Polar.vi
（
All
Functions→Numeric→Complex 子 模 板 ） ： 将 输 入 数 据 从 复
单边FFT
•(9) 由上面已经知道因为FFT含有正负频率的信息， 所以FFT具有重复信息。现在按图8-11修改程序，把 正频分量的幅值乘以2，这样修改之后只显示一半的 FFT采样点（正频率部分），这样的方法叫做单边 FFT。单边FFT只显示正频部分，虽然正频分量的幅 值乘以2，但直流分量不变。（若程序中考虑含直流 分量的情况，应当增加一个分支或case结构）。 •(10) 设置频率（Hz）=30，采样率=100，样本数 =100，运行该VI。
信号处理频域分析
•(12) 保存该VI为LabVIEW\lianxi目录下的FFT_1sided.vi。 •(13) 把频率改为70Hz，执行该VI，观察这时产生的图 形与第9步产生的图形的区别
单边FFT的框图程序
信号处理频域分析
二、窗函数
• 为了减小或抑制泄漏，测试工程人员常用多种不同形式的窗函 数对时域信号进行加权处理。从卷积过程可知，窗函数应力求 其频谱的主瓣宽度窄、旁瓣幅度小。窄的主瓣可以抑制原谱峰 值的降低，提高频率分辨能力；小的旁瓣可以使原零幅值频带 出现尽量小的非零幅值，减小泄漏。
信号处理频域分析
例 双边和单边FFT变换
双边FFT变换信号的处前理面频域板分设析置和框图程序
(1) 框图程序中的各函数作用如下：
•
Sine
Waveform.vi
（
All
Functions→Analyze→Waveform Generation）：产生时域正
弦波形。
•
Real FFT.vi（实数快速傅里叶变换）：用于计
•(7) 把频率改为52HZ，观察这时产生的图形与第5步产生的图 形 的 区 别 。 因 为 52 大 于 奈 奎 斯 特 频 率 ， 所 以 混 频 偏 差 等 于 |100–52|=48Hz。
•(8) 把频率改成30和70Hz，执行该VI。观察这两种情况下图形 是否相同，并解释原因。
信号处理频域分析
频域分析子模板
信号处理频域分析
一、 FFT变换
•FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负 频率的信息。通过只使用一半FFT输出采样点 可转换成单边FFT。FFT的采样点之间的频率 间隔是fs/N，这里fs是采样频率。 •Analyze库中有两个可以进行FFT的VI，分别 是Real FFT VI和Complex FFT VI 。
数坐标系转换到极坐标系。此例将FFT输出分解为实部和虚
部的幅（值幅值和相位），相位信号的处理单频域位分析是弧度，这里只需显示FFT
频率间隔与采样频率和采样点数有关，它们之间的 关系可表示为：
f fs N
(2) 把该VI保存为LabVIEW\lianxi中的 FFT_2sided.vi。 •(3) 选 择 频 率 （ Hz ） =5 ， 采 样 率 =100 ， 样 本 数 =100。执行该VI，注意这时的时域图和频谱图。因 为采样率=样本数=100，所以时域图中的正弦波的 周期数与选择的频率相等，即可以显示5个周期。 （如果把频率改成10，那么就会显示10个周期）。
• 在LabVIEW中，频谱分析、功率谱分析、频率响应函数分析和 相关函数分析的参数设置中都需要选择窗函数，而且这些VI中 提供了丰富的窗函数类型以供选择。在选用和测试VI时，其参 数设置非常简单。
信号处理频域分析
LabVIEW中的窗函数原型VI
Window信s子号处模理板频域分析
• [例] 从频率接近的信号中分离出幅值不同的信号。 • 本例取自LabVIEW自带程序，路径为： • Examples\Analysis\Windxmpl.lib\Window Comparison.vi 。
信号的频域分析
信号处理频域分析
• 傅里叶变换是信号处理和数据处理中的一个重要 的分析工具，其意义在于将时域与频域信号联系 起来。
• LabVIEW高级分析程序库中的频域分析子模板提供 了丰富的时域和频域转换函数，包括傅里叶变换、 Hilbert变换、Hartley变换、功率谱分析、谐波 分析等。频域分析子模板位于All Functions模板 下Analyze→Signal Processing→Frequency Domain子模板。
信号处理频域分析
双边Leabharlann BaiduFFT
•(4) 检查频谱图可以看到有两个波峰，一个位于10Hz，另一个 位于90Hz，90Hz处的波峰实际上是10Hz处的波峰的负值。因为 图形同时显示了正负频率，所以被称为双边FFT。 •(5) 先后令频率=10、20（Hz），执行该VI。注意每种情况下频 谱图中波峰位置的移动。观察频率等于10和20时的时域波形。 注意哪种情况下的波形显示更好，并解释原因。 •(6) 因为fs =100Hz，所有只能采样频率低于50Hz的信号（奈奎 斯特频率＝fs/2）。把频率修改为48Hz，可以看到频谱图的波 峰位于±48Hz。
该程序的目的是从频率相近的信号中分离出幅值不同的信号。
从频率相近的信号中信分号处离理出频幅域分值析不同的信号
三、 频谱分析
在许多应用场合，需要计算信号的频谱，Advanced Analysis程序库有许多这方面的功能模块程序。下面的例子讲 述使用Amplitude and Phase Spectrum VI子程序来测量两个频 率分量。 [计算一个信号的频谱分量。
信号处理频域分析
计算信号频谱分信量号的处理前频面域板分析设置和框图程序
• 参数设置见前面板，输入信号混合了两个正弦波，一个信 号为2Hz，幅值为1，初始相位为0；另一个信号为10Hz， 幅值为2，初始相位为90。两个信号的采样频率都为100Hz， 采样点为200个。
算输入数据的FFT，将时域信号转换为频域信号。输入为实
数数组，输出为复数数组。
•
Array Size 函数（All Functions→Array模板）：用于根据
采样点数N对FFT输出的结果进行处理。将FFT输出除以N，
可获得正确的频率幅度信息。
•
Complex
to
Polar.vi
（
All
Functions→Numeric→Complex 子 模 板 ） ： 将 输 入 数 据 从 复
单边FFT
•(9) 由上面已经知道因为FFT含有正负频率的信息， 所以FFT具有重复信息。现在按图8-11修改程序，把 正频分量的幅值乘以2，这样修改之后只显示一半的 FFT采样点（正频率部分），这样的方法叫做单边 FFT。单边FFT只显示正频部分，虽然正频分量的幅 值乘以2，但直流分量不变。（若程序中考虑含直流 分量的情况，应当增加一个分支或case结构）。 •(10) 设置频率（Hz）=30，采样率=100，样本数 =100，运行该VI。
信号处理频域分析
•(12) 保存该VI为LabVIEW\lianxi目录下的FFT_1sided.vi。 •(13) 把频率改为70Hz，执行该VI，观察这时产生的图 形与第9步产生的图形的区别
单边FFT的框图程序
信号处理频域分析
二、窗函数
• 为了减小或抑制泄漏，测试工程人员常用多种不同形式的窗函 数对时域信号进行加权处理。从卷积过程可知，窗函数应力求 其频谱的主瓣宽度窄、旁瓣幅度小。窄的主瓣可以抑制原谱峰 值的降低，提高频率分辨能力；小的旁瓣可以使原零幅值频带 出现尽量小的非零幅值，减小泄漏。
信号处理频域分析
例 双边和单边FFT变换
双边FFT变换信号的处前理面频域板分设析置和框图程序
(1) 框图程序中的各函数作用如下：
•
Sine
Waveform.vi
（
All
Functions→Analyze→Waveform Generation）：产生时域正
弦波形。
•
Real FFT.vi（实数快速傅里叶变换）：用于计
•(7) 把频率改为52HZ，观察这时产生的图形与第5步产生的图 形 的 区 别 。 因 为 52 大 于 奈 奎 斯 特 频 率 ， 所 以 混 频 偏 差 等 于 |100–52|=48Hz。
•(8) 把频率改成30和70Hz，执行该VI。观察这两种情况下图形 是否相同，并解释原因。
信号处理频域分析